鲁科版高中物理必修第二册第1章功和机械能检测含答案

第1章功和机械能注意事项:1.全卷满分100分。考试用时75分钟。2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10m/s2。一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.如图所示的四幅图是小明提包回家的情景,小明提包的力不做功的是()2.关于功和功率,下列说法正确的是()A.由功率表达式P=Wt可知,功率P与做功W成正比,与做功时间tB.由于功有正负,所以功是矢量C.某物体所受合力做功为零,则每个力做功均为零D.做自由落体运动的物体,重力做正功3.下列运动的物体,机械能守恒的是()A.物体沿斜面匀速下滑B.物体从高处匀速下落C.物体沿光滑斜面加速下滑D.拉着一个物体沿光滑的斜面匀速上升4.一玩具小车放在水平地面上,小车与地面间的动摩擦因数恒为μ。当小车启动后,小车的水平牵引力F随时间t的变化情况如图甲所示,相应的小车速度v随时间t的变化关系如图乙所示,则根据图上信息可得()A.动摩擦因数为μ=0.3,但因条件不足无法求出小车的质量B.小车在4s末阻力的瞬时功率为24WC.小车在0~4s内牵引力的平均功率为9WD.小车在1~4s与1~6s内动能的变化量相同,都为6J,因此两阶段牵引力F做功相同5.高空抛物现象被称为“悬在城市上空的痛”。不计空气阻力,若被抛下的物体在下落过程中重力做功30J,下列说法正确的是()A.物体重力势能保持不变B.物体重力势能增加了30JC.物体机械能减少了30JD.物体动能增加了30J6.以一定的初速度竖直向上抛出质量为m的小球,它上升的最大高度为h,空气阻力的大小恒为Ff,重力加速度为g,则从抛出点至回到原出发点的过程中,各力做功的情况正确的是()A.重力做的功为2mghB.空气阻力做的功为-2FfhC.合力做的功为2FfhD.物体克服重力做的功为-mgh7.俯卧撑是一种十分常见的健身运动,因其简单易行且对全身肌群均有良好的刺激作用而广受欢迎。如图所示,一名男子正在进行俯卧撑锻炼,在锻炼时他的身体可以看作一根直棒。设男子的重心位于P点,男子两手、两脚连线的中点分别为M、N,则过重心的重垂线与M、N的水平距离分别为OM=0.6m与ON=0.9m,如果该男子在一分钟内共完成俯卧撑三十次,每一次他的肩部上升的高度都约为0.4m。已知该男子的体重约为80kg,那么他在一分钟内共克服重力做功和对应的平均功率大约为()A.576J,9.6WB.5760J,96WC.5760J,192WD.576J,19.2W8.在粗糙的水平面上给滑块一定的初速度,使其沿粗糙的水平面滑动,经测量描绘出了滑块的动能与滑块位移的变化规律图线,如图所示。用μ表示滑块与水平面之间的动摩擦因数,用t表示滑块在该水平面上滑动的时间,已知滑块的质量为m=19kg,则μ和t分别等于()A.0.01、10sB.0.01、5sC.0.05、10sD.0.05、5s二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)9.如图所示,在倾角为θ=30°的斜面上,某人用平行于斜面的力把原来静止于斜面上的质量为2kg的物体沿斜面向下推了2m的距离,并使物体获得1m/s的速度,已知物体与斜面间的动摩擦因数为33,则在这个过程中()A.人对物体做功1JB.合外力对物体做功1JC.物体克服摩擦力做功21JD.物体重力势能减小20J10.如图所示,轻绳一端通过光滑的定滑轮与物块P连接,另一端与套在光滑竖直杆上的圆环Q连接,初始时连接圆环Q的轻绳与水平方向的夹角θ=30°,现同时由静止释放P、Q,Q沿杆上升且能通过与定滑轮等高的位置。则下列分析正确的是()A.Q上升到与定滑轮等高的位置时,其动能最大B.Q上升到与定滑轮等高的位置时,其机械能最大C.Q上升到最高位置时,P的机械能最小D.Q在最低位置时,P的机械能最大11.图甲为一直角三角形劈,倾角∠abc=37°,ab长为2L,p为ab的中点,小物块从a点由静止释放,沿ab滑到b时速度恰好为零,小物块与ap、pb两段斜面之间的动摩擦因数分别为μ1和μ2(μ1<μ2,且μ2<1)。现将劈顺时针旋转90°(横截面如图乙所示),小物块从b由静止释放,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,则下列说法正确的是()A.图甲中小物块通过ap、pb段克服摩擦力所做的功之比为1∶1B.μ1+μ2=1.5C.图乙中小物块可能静止在b处D.图乙中小物块滑到a处时的速度大小为712.2021年4月16日,全球首条无人驾驶云巴在重庆璧山正式开通,这是一种采用无人驾驶技术的小运量轨道交通系统。若质量为m的云巴从静止开始以恒定功率P在平直轨道上运动,经时间t达到该功率下的最大速度vm。设云巴行驶过程中所受到的阻力保持不变,则()A.云巴受到的阻力f=PB.速度为2vm3时,云巴的加速度为C.在时间t内云巴行驶的距离s=vD.在时间t内云巴行驶的距离s=2三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)某实验小组利用自己设计的弹簧弹射器测量弹簧的弹性势能,装置如图所示,水平放置的弹射器将质量为m的静止小球弹射出去,测出小球通过两个竖直放置的光电门的时间间隔为t,甲、乙光电门间距为L,并忽略一切阻力。回答下列问题:(1)小球被弹射出的速度大小v=,释放小球时弹簧弹性势能Ep=;(用题目中的字母符号表示)

(2)由于重力作用,小球被弹射出去后运动轨迹会向下有所偏转,这对实验结果(填“有”或“无”)影响。

14.(6分)在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用的交流电的频率为f,查得当地的重力加速度为g,所用的重物的质量为m,实验中得到一条点迹清晰的纸带,如图所示。把第一个点记作O,另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D四个点到O点的距离分别为h1、h2、h3、h4。根据以上数据可以计算出:(1)打点计时器打下计数点C时,重物的速度vC=;

(2)重物由O点运动到C点,重力势能的减少量ΔEp=;动能的增加量ΔEk=;

(3)考虑到阻力的影响,数值上ΔEpΔEk(填“<”“>”或“=”)。

15.(10分)如图所示,质量m=10kg的箱子静止在光滑水平地面上,现用F=20N与水平方向成θ=60°角斜向右上方的拉力拉箱子,箱子由静止开始向右运动。求:(1)3s内各力做的功;(2)拉力F在3s内做功的平均功率和3s末的瞬时功率。16.(12分)“天梯高速”拖乌山至石棉51km长的路,几乎全是长下坡,临崖临壁,急转弯多,堪称“魔鬼中的魔鬼路段”,故这段路上设置了许多避险车道。已知其中某路段坡长为10.0km,平均坡度(高度差与坡长之比)为3%,限速80km/h。某卡车行驶到该路段时由于连续刹车导致刹车失灵,到达坡底时冲上长100m、与水平面成37°角的碎石避险车道,恰好停到避险车道的顶端。已知卡车与避险车道碎石路面间的动摩擦因数为0.25,取sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求卡车到达避险车道底端时的速度值;(2)若卡车是在该路段坡顶时刹车失灵的,且刹车失灵后受到的阻力仅为车重的0.024,判断该车在坡顶是否超速。17.(12分)如图所示,光滑斜面AB的倾角θ=53°,BC为水平面,BC的长度lBC=1.10m,CD为光滑的14圆弧,半径R=0.60m。一个质量m=2.0kg的物体,从斜面上A点由静止开始下滑,物体与水平面BC间的动摩擦因数μ=0.20。轨道在B、C两点光滑连接。当物体到达D点时,继续竖直向上运动,最高点距离D点的高度h=0.20m,sin53°=0.8,cos53°=0.6。求(1)物体运动到C点时速度大小vC;(2)A点距离水平面的高度H;(3)物体最终停止的位置到C点的距离s。18.(14分)如图甲,辘轳是古代民间提水设施,由卷筒、支架、井绳、水斗等部分构成。图乙为提水设施工作原理简化图,某次需从井中汲取m=2kg的水(恰好装满水斗),高度为d=0.5m的薄壁水斗的质量为m0=0.5kg,井中水面与井口的高度差为H=10.5m。t=0时刻,厚度不计、质量为M=0.5kg卷筒由静止开始绕中心轴转动,装满水的水斗到达井口前已做匀速运动,绳子拉装满水的水斗的最大功率P=90W,不计辐条、井绳的质量和转动轴处的摩擦,求:(1)若装满水的水斗先以加速度a=2m/s2匀加速上升,匀加速运动的最大速度v1的大小;(2)空水斗从水斗口位于井口处由静止释放并带动卷筒自由转动,求水斗落到水面时的速度大小v;(3)水斗从图示位置缓慢上升高度H=10.5m,忽略提水过程中水面高度的变化,考虑水斗在水中所受浮力,求此过程中人做的功W。

答案全解全析1.B2.D3.C4.C5.D6.B7.B8.A9.ABD10.CD11.BD12.AD1.B根据功的概念及做功的两个要素可知,只有同时满足有力及在该力的方向上有位移两个条件,力对物体才做功,A、C、D做功,B没有做功,选B。2.D功率表达式P=Wt为比值定义式,功率大小与做功的多少和时间无关,A错误;功有正负,但功是标量,其运算不遵守平行四边形定则,B错误;某物体所受合力做功为零,有可能每个力都做功,但是其和是零,C错误;做自由落体运动的物体,重力与运动方向相同,重力做正功,D3.C物体沿斜面匀速下滑,重力势能减小,动能不变,机械能减小,故A错误;物体从高处匀速下落,动能不变,重力势能减少,机械能减少,故B错误;物体沿光滑斜面加速下滑,物体只受到支持力和重力,支持力与运动方向垂直,不做功,动能增大,重力势能减少,重力势能转化为动能,即机械能守恒,故C正确;拉着一个物体沿光滑的斜面匀速上升,动能不变,重力势能增大,机械能增大,故D错误。4.C根据图像可知,在4~6s内,小车匀速运动,处于平衡状态,因此有F3=f,1~4s内,小车做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律有F2-f=ma,同时,由图乙可知a=ΔvΔt=33m/s2=1m/s2,代入解得f=6N,m=2kg,A错误;根据瞬时功率公式,4s末阻力的瞬时功率为P=fv=6×3W=18W,B错误;根据图乙可知0~4s内的位移为x=vt1=32×3m=4.5m,平均功率为P=Wt2=F2xt2=8×4.54W=9W,C正确;4~6s内牵引力还在做正功,故15.D重力做正功,重力势能减小,重力做功30J,则物体重力势能减小30J,故A、B错误;不计空气阻力,只有重力做功,物体的机械能守恒,故C错误;重力为物体所受的合外力,根据动能定理,重力做功30J,则物体的动能增加了30J,故D正确。6.B小球从抛出点至回到原出发点,重力做功为0,故A、D错误;上升过程中空气阻力做的功为-Ffh,下降过程中空气阻力做的功为-Ffh,则从抛出点至回到原出发点的过程中空气阻力做的功为-2Ffh,故B正确;合力做的功为-2Ffh,故C错误。7.B如图所示,设重心上升的高度为h,根据几何知识可得ℎ0.4m=0.9m0.9m+0.6m,解得h=0.24m,故做一次俯卧撑克服重力做功为WG=mgh=192J,所以一分钟内克服重力做功为W=30×192J=5760J,功率约为P=Wt=5760608.A本题的疑难之处在于正确解读图像,了解函数图像的物理意义。由图像可以看出,滑块以9.5J的初动能滑行5m后停止。对滑块由动能定理得-μmgx=0-Ek0,代入数据得μ=0.01,假设滑块的初速度大小为v,则由12mv2=9.5J,解得v=2×9.519m/s=1m/s,滑块的加速度大小为a=μmgm=μg=0.1m/s2,则滑块运动的时间为t=va9.ABD根据动能定理得W合=ΔEk=12mv2=12×2×12J=1J,且W人-μmgxcosθ+mgxsinθ=12mv2,代入数据解得W人=1J,故A、B正确;根据题意可知W克=μmgxcosθ=20J,故C错误;物体重力势能减少了ΔEp=mgh=mgx·sinθ=2×10×2×0.5J=20J,10.BDQ上升到所受合力等于0的位置时,其动能最大,但合力等于0的位置不是与定滑轮等高的位置,A错误;Q与P组成的系统机械能守恒,所以当P的机械能最小时,Q的机械能最大,当Q上升到与定滑轮等高的位置时,其机械能最大,P的机械能最小,Q在最低位置时,其机械能最小,P的机械能最大,C错误,B、D正确。11.BD在图甲中,根据功的定义,物块通过ap、pb段克服摩擦力做功分别为Wap=μ1mgcos37°·L,Wpb=μ2mgcos37°·L故物块通过ap、pb段克服摩擦力做功之比为μ1∶μ2,因μ2>μ1,A错误;在ab过程对物块应用动能定理,得-μ1mgcos37°·L-μ2mgcos37°·L+mg·2Lsin37°=0-0化简得μ1+μ2=1.5,B正确;当如题图乙时,物块沿斜面受到的合力为mgsin53°-μ2mgcos53°=mg(0.8-0.6μ2)>0故物块下滑,C错误;由动能定理得mgsin53°·2L-μ1mgcos53°·L-μ2mgcos53°·L=12mv2联立μ1+μ2=1.5解得v=7gL5,12.AD云巴的加速度为0时,具有最大速度vm,此时有牵引力大小等于阻力大小,所以云巴受到的阻力为f=Pvm,A正确;速度为2vm3时,云巴的牵引力为F=P23vm=3P2vm,云巴的加速度为a=F−fm=3P2vm−Pvmm=P2mvm,所以B错误;在时间t内,云巴做加速度逐渐减小的加速运动13.答案(1)Lt(2分)mL22t2(2分)(2解析(1)由题图可知,弹簧在小球进入光电门之前就恢复形变,故其弹射速度为通过光电门的水平速度,v=Lt,由机械能守恒得Ep=12mv2=12×m×L(2)由力作用的独立性可知,重力不影响弹力做功的结果,而且小球被弹射出去后的水平速度不会因重力变化。14.答案(1)ℎ4−ℎ22f(2分)(2)mgh3(1分)m((3)>(1分)解析(1)打点计时器打下计数点C时,重物的速度vC=ℎBD2(2)重物由O点运动到C点,重力势能的减少量ΔEp=mgh3动能的增加量ΔEk=12mvC2=12mℎ(3)考虑到阻力的影响,数值上ΔEp>ΔEk。15.答案(1)重力做功0,支持力做功0,拉力做功45J(2)15W30W解析(1)根据题意,对箱子受力分析可知,箱子受重力、支持力和拉力,由W=Fx可知,箱子在重力和支持力方向上的位移为0,则重力和支持力做功为0,由牛顿第二定律有Fcos60°=ma(2分)解得a=1m/s2(1分)由运动学公式x=v0t+12at2可得,箱子在3sx=12at2=4.5m(1分则拉力做功为W=Fcos60°·x=45J(2分)(2)由公式P=Wt可得,拉力F在3sP1=453W=15W(1分由运动学公式v=v0+at可得,箱子在3s末的速度为v=at=3m/s(1分)由公式P=Fv可得,拉力F在3s末的瞬时功率为P2=Fcos60°·v=30W(2分)16.答案(1)144km/h(2)见解析解析(1)设卡车到达避险车道底端时的速度为v,在避险车道上的加速度为a则由牛顿第二定